Uszkodzenia materiału genetycznego są przyczyną ponad czterech tysięcy chorób człowieka. Chorobotwórcze mutacje mogą dotyczyć pojedynczego genu (tak jest np. w mukowiscydozie, hemofiliach A i B, zespole ciężkiego złożonego niedoboru odporności, fenyloketonurii, dystrofii mięśniowej Duchennea) lub wielu genów jednocześnie (np. w nowotworach, miażdżycy, chorobach reumatycznych i chorobie Parkinsona).
Do niedawna terapia chorób dziedzicznych i uwarunkowanych genetycznie polegała raczej na próbach leczenia objawowego. Takie leczenie polega na dostarczaniu do organizmu pacjenta białka lub peptydu, którego brak jest przyczyną choroby - przykładem jest leczenie cukrzycy insuliną. Jednak ta metoda leczenia często wiąże się z nietrwałym efektem terapeutycznym (zależy to od stabilności podanego białka w organizmie ludzkim).
Terapia genowa (genoterapia) jest nowym podejściem do leczenia tego typu schorzeń. Polega ona na wprowadzaniu do określonych komórek wybranych genów. Białka kodowane przez te geny umożliwiają przywrócenie prawidłowych funkcji uszkodzonych komórek. Osiągnięty efekt terapeutyczny jest znacznie bardziej trwały.
Terapia genowa - leczenie polegające na wprowadzeniu obcych kwasów nukleinowych (DNA lub RNA) do komórek. Charakter, lub informacja genetyczna zawarta we wprowadzonym DNA lub RNA powinny wywierać efekt terapeutyczny.
Mechanizmy działania wprowadzonych kwasów nukleinowych mogą być następujące:
zmuszenie komórki do produkcji białka kodowanego przez wprowadzony gen
produkcja białek potrzebnych, których w organizmie brakuje lub występują w niedomiarze (np. w defektach metabolicznych, takich jak hemofilia)
produkcja białek prowadzących do śmierci komórki (apoptozy) - potencjalne zastosowanie do terapii przeciwnowotworowych
hamowanie lub modulację ekspresji genów przez wprowadzenie:
dominujących alleli genów kodujących nieaktywne lub defektywne białko
antysensowych kwasów nukleinowych wchodzących w interakcję z mRNA
pułapek (wabików) oligonukleotydowych, wychwytujących czynniki transkrypcyjne
małych interferujących RNA (siRNA) służących wyciszeniu ekspresji konkretnego genu
rybozymów (lub DNAzymów) chemicznie modyfikujących materiał genetyczny
Terapia genowa stała się możliwa dzięki osiągnięciom inżynierii genetycznej, pozwalającym na tworzenie zrekombinowanych genów. Dalszy postęp w terapii genowej będzie zależał od opracowania skuteczniejszych metod transferu (przenoszenia) leczniczych genów do komórek.
Najprostszym sposobem wprowadzenia genu do komórki w warunkach in vivo jest jego bezpośredni transfer za pomocą metod fizykochemicznych (np. tzw. pistoletem genowym) albo pod postacią plazmidowego, tzw. nagiego DNA (naked DNA) zawierającego dany gen. Jednak nagie cząsteczki DNA można wprowadzać tylko do określonych, powierzchniowo położonych tkanek. Najczęściej gen jest wprowadzany do komórek za pomocą specjalnego nośnika (wektora).
W terapii genowej stosuje się dwa typy nośników DNA. Pierwszy to nośniki wirusowe. Dzięki inżynierii genetycznej możliwe jest usuwanie z genomu wirusów genów związanych z cyklem rozwojowym i wstawianie w ich miejsce genu terapeutycznego. Zmodyfikowany wirus nie ulega namnażaniu w komórce, ale pozostawia w niej wprowadzony leczniczy DNA.
Drugi typ nośnika DNA to nośniki niewirusowe. Są to związki chemiczne będące polimerami kationowymi lub syntetyczne konstrukty, np. liposomy czy dendrymery. Nośniki niewirusowe dostarczają do komórek cząsteczki DNA z genem terapeutycznym na drodze endocytozy.
W terapii genowej odpowiednikiem klasycznych leków jest połączenie nośnika z genem terapeutycznym.
PTC 124 - lek na choroby genetyczne
Chorzy na dystrofię mięśniową nie posiadają białka dystrofiny, potrzebnego do prawidłowego funkcjonowania mięśni. W około 15% przypadkach choroby, brak dystrofiny spowodowany jest mutacją, która skutkuje zbyt wczesnym zakończeniem syntezy białka. DMD stopniowo doprowadza do zaniku mięśni szkieletowych, a w późniejszym stadium także mięśnia sercowego i mięśni oddechowych.
Mechanizm działania leku, nazwanego PTC 124 i opracowanego we współpracy z firmą South Plainfield, NJ-biotech, polega na jego wiązaniu się do rybosomu, syntetyzującego białko na podstawie matrycowego RNA. Lek pozwala przesuwać się rybosomowi mimo zawartych w sekwencji kodującej kodonów „stop”, które doprowadzają do wcześniejszego zakończenia syntezy białka.
PTC 124 wiąże się z rybosomami we wszystkich typach komórek myszy z DMD pomijając mutację w genie dystrofiny, która zatrzymuje syntezę białka. W ten sposób zostaje utworzone funkcjonalne białko. Jednocześnie PTC 124 umożliwia rybosomowi odczytywanie właściwych sygnałów „stop”, koniecznych do otrzymania prawidłowych białek.
U myszy z DMD podawanie PTC 124 pomogło w nagromadzeniu wystarczającej ilości dystrofiny niezbędnej do funkcjonowania mięśni, a badania wykazały ich regenerację.Lek daje szansę około 10% chorych na dystrofię mięśniową Duchenne'a i mukowiscydozę na zniesienie skutków mutacji i powrót do zdrowia. Naukowcy zakładają, że może się okazać również skuteczny w leczeniu znacznej części chorych na około 2000 innych typów chorób genetycznych.
Terapia genowa może także pomóc w leczeniu ciężkiego złożonego niedoboru odporności (severe combined immune deficiency, SCID). SCID polega na obecności w komórkach niewłaściwego allelu deaminazy adenozyny - enzymu uczestniczącego w katabolizmie puryn. Do objawów choroby należy m.in. upośledzenie funkcji limfocytów T, spowodowane gromadzeniem się toksycznych produktów przemiany adenozyny w limfocytach. Powoduje to nawracające zakażenia, które mogą doprowadzić do śmierci pacjenta. Terapia genowa polega na pobraniu limfocytów z organizmu pacjenta i wprowadzaniu do nich prawidłowego genu deaminazy adenozyny (ADA) przy pomocy wektorów retrowirusowych. Następnie genetycznie zmodyfikowane limfocyty można znowu wprowadzić do układu krwionośnego pacjenta
Adrenoleukodystrofia (ALD) jest uwarunkowaną genetycznie, występującą tylko u chłopców chorobą uszkadzającą mózg - chory zwykle umiera przed osiągnięciem dojrzałości. Wskutek wrodzonego defektu w organizmie pacjenta gromadzą się długołańcuchowe, nasycone kwasy tłuszczowe. Gdy jest ich dużo, uszkadzają osłonkę mielinową, która otacza włókna nerwowe.
Przez wiele lat nie było leku na ALD - powstał dzięki determinacji ojca jednego z chorych dzieci (z wykształcenia ekonomisty). Samodzielnie studiując biochemię, wpadł na pomysł podawania substancji zapobiegającej powstawaniu uszkodzeń mózgu -mieszaniny kwasów oleinowego i erukowego. Całą historię przedstawiono w filmie Olej Lorenza. Jednak lek pozwalał tylko zahamować postęp choroby.
Perspektywy:
Myślę, że zastosowanie leków genetycznych w komórkach linii zarodkowej ma przyszłość. Będzie to zapobiegać przenoszeniu wadliwego allelu na następne pokolenia.
W przyszłości może każdy człowiek będzie miał badane DNA, zaraz po urodzeniu. Dzięki temu, informacje uzyskane na podstawie analizy sekwencji DNA, będą wykazywały czy konkretny człowiek posiada predyspozycje genetyczne do pewnych chorób. Po takim badaniu, w przyszłym pokoleniu, będzie można rozpocząć leczenie na poziomie zygoty.
Szczepionki na grypę czy żółtaczkę są wytwarzane dzięki tzw. rekombinowanemu DNA, podobnie jak wiele leków, np. insulina stosowana przy cukrzycy, czynnik krzepliwości krwi stosowany przy leczeniu hemofilii, hormon wzrostu stosowany przy leczeniu karłowatości i do przyśpieszania gojenia się ran. Wszystkie te leki powstają w drodze manipulacji genetycznych, polegających na wyodrębnieniu ludzkiego genu lub zsyntetyzowaniu go chemicznie i wprowadzeniu do innego organizmu, na przykład bakterii, w której syntetyzowane jest określone białko, np. insulina.
Może już niedługo choroby, które do tej pory były uważane za nieuleczalne staną się bezproblemowe
Choroby dziedziczne będą mogły być wyeliminowane z ludzkiego genomu
Choroby genetyczne będą mogły być wyleczone, a nie tylko złagodzone ich objawy
Leki te stanowią olbrzymią nadzieję na ratunek dla chorych na choroby genetyczne
Dzięki lekom genetycznym możemy spodziewać się w niedalekiej przyszłości możliwości wyleczenia chorób nowotworowych
Zagrożenia:
Stosowanie wektorów wirusowych nie zawsze jest dobre. Nierzadko, włączając się w przypadkowym miejscu, powodują zaburzenia w działaniu genu, co może doprowadzić do transformacji nowotworowej.
Istnieje też obawa, że podawanie tych wirusów może spowodować rozwój silnej odpowiedzi immunologicznej organizmu
Stosowanie leków genetycznych na wybrane choroby może doprowadzić do innych mutacji i nowych chorób na które będzie trzeba szukać nowych lekarstw - błędne koło
Stosowanie tych leków może wywołać nieodwracalne zmiany w organizmie leczonego